脱硫脱销技术

关键词：

脱硫脱销技术（精选四篇）

脱硫脱销技术 篇1

1 技术简介及工艺流程

在利用WFGD装置的基础上, 增加相关装置, 就能利用一塔式液相氧化吸收联合脱硫脱硝技术进行脱硫脱硝。并且, 为了保障脱硫脱硝的有效进行, 在系统装置中设置集叶升气装置, 保证系统能够稳定、安全且连续的工作。

将除尘后的烟气通过引风机送进脱硫脱硝装置塔内, 装置在进行脱硫时, SO2和残余的细尘, 以及脱硫浆液通过充分的吸收、传质过程后, 经过氧化喷淋层进行氧化后, 从升气装置进去脱硝阶段。和自上到下的脱硝溶液进行相反方向的碰触, 除去溶液中的NOx, 最终通过除雾器进行脱水除雾后从烟囱排出。而在脱硫过程中所生成的亚硫酸盐浆液会送入到塔底循环罐, 亚硫酸盐浆液一部分会被脱硫, 一部分会被脱硝, 经过脱硫脱硝后的浆液会被送到产物后处理系统。

利用一塔式氧化吸收联合脱硫脱硝的技术进行脱硫脱硝, 比起国内一般采用的脱硫脱硝技术运行的费用要少的多。因为, 脱硫脱硝都哦是在一个装置塔内完成的, 缩小了占地面积, 这样有利于对我国燃煤炉的改造和升级, 尤其是针对场地面积过于紧张的改造项目更具优势。液相吸收的工艺, 利用独特的助剂R, 能够达到很强的吸收缓冲作用, 能够保证在烟气中NOx发生波动时, 稳定的排放达标的NOx。采取这种技术的脱硝产物是N2, 在整个过程中不会造成二次污染。并且由于燃煤工业炉在排放烟气时的温度较低, 利用该工艺更容易在工业炉排放烟气中使用, 并且容易操作。在脱硫过程中产生的亚硫酸盐可以成为脱硝剂, 安全并且高利用率的进行脱硝工艺。

2 技术系统的组成部分

在该系统中包括以下几个子系统, 以下则对这些子系统进行简要分析:

一是烟气系统。因为烟气系统没有多余的路径, 所以使用引风机向吸收装置塔中传递已经除尘的锅炉烟气。主要是将锅炉烟气中的SO2, NOx等污染物进行去除工艺。同时, 将一部分的细尘除去, 利用除雾器对净化后的烟气进行脱水, 最终将所有的达标烟气排除烟囱。

二是浆液制备系统。在浆液制备系统中包含两个系统, 分别是实施脱硫浆液制备系统和氧化剂制备系统。实施脱硫浆液制备系统是指利用计量给料机向脱硫浆液制备装置送入脱硫剂, 再将工业水和会用的清夜导入罐中, 再经搅拌后制成浆液, 在这个过程中要保证制浆的连续性。最后是通过供浆泵将完成的浆液送到循环泵中。而氧化剂制备系统主要是进行生成氧化剂的制备装置及相应设备。即使烟气在强氧化的环境, 使烟气中的NO氧化反应成NO2, 之后用碱液进行吸收。

三是吸收系统, 吸收系统中最重要的环节就是脱硫脱硝的环节。因此, 脱硫脱硝设备是该系统中重要的设备之一。我们采用大进口的设计, 尽可能的保证烟气能够均匀的分布。同时, 为了防止喷淋液出现回来的现象, 就需要使烟气在塔内的存留充足的时间, 将塔中的烟气进口设计为下切方向的方式进气, 保持10°-15°的下切角度。在烟气通道的进口处安置各类测量的仪表和分析表, 对烟气中的各种因素进行测定和控制。另外, 在吸收塔装置的工作流程中用到的设备装置主要有除雾装置、NO、氧化喷淋装置、脱硫喷淋装置、脱硝喷淋装置、升气装置、集液升气装置以及进烟口和出烟口几个部分。

四是浆液循环系统。这个系统主要是进行脱硫、脱硝浆液的循环, 用到的设备主要是搅拌器、循环罐、喷嘴、循环泵等。其中, 脱硫浆液循环系统是指利用循环泵将吸收塔装置中经过传质、接触以及反应后包含亚硫酸盐、硫酸盐以及一些没有反应的碱性物质等等的浆液进行脱硫, 烟气经过循环喷淋后实现脱硫反应, 指导烟气的PH值达到事先设置的标准值后, 才能开启循环泵, 加入脱硫剂进行补充。

五是氧化系统。这是一个封闭循环的系统, 氧化剂在氧化剂供液泵的作用下, 通过喷嘴将其雾化, 再向烟气进行喷洒, 使之与烟气充分混合, 使一部分的NO氧化反应成NO2, 并且利用封闭循环的路径使提高了氧化剂的利用率, 达到节省脱硝运行费用的目的。

除此以外, 还要对脱硫脱硝后的产物进行处理, 在这个环节中用到的设备主要是真空过滤机、排浆泵等。它们的作用是将脱硫后产生的硫酸盐进行过滤、浓缩后, 使该产物以固态的形态离开整个系统, 避免二次污染的发生。其次, 工艺水系统的使用是为了保证脱硫脱销装置能够正常的运转, 或者在出现事故的情况下进行工艺系统用水。为了保障在工艺水被抽干的状况下机封冷却水的正常供应, 可以单独设计机封水箱、机封水泵和自控系统的装置。整个自控系统以方便操作、节省费用、保证安全等为原则, 在节省费用的基础上, 最大化提高系统装置的自动化水平, 保证产品质量, 减轻操作人员的劳动压力。对于重要的工艺要进行集中的观察、记录、监督和控制;对于不太重要的工艺采取现场巡视的方式进行监督和控制。

3 总结

结合燃煤工业炉排烟的特点, 以及当前先进的脱硫脱销技术, 提出一种用于燃煤炉烟气脱硫脱销的技术工艺, 一塔式液相氧化吸收联合脱硫脱硝技术。该技术能够很好的解决燃煤工业炉脱硫脱硝排烟的难题, 其脱硝率可以达到65%以上, 相比传统的脱硫脱硝工艺效率要跟高, 成本却很低, 有利于我国燃煤工业炉的可持续发展, 并且有效减轻了我国环境污染的问题。

参考文献

[1]邓双, 杨丽, 刘宇, 龙红艳, 张凡, 王凡.石灰石-石膏湿法烟气脱硫的生命周期和可持续性分析[J].环境工程技术学报, 2015 (03) .

脱硫脱销技术 篇2

21世纪以来, 工业的现代化步伐加快, 人们的生活水平也不断提高, 对电力的需求更加迫切, 为了满足人们日益增长的物质文化需求, 火电厂不得不加快发展节奏;然而在电力生产过程中, 化石燃料作为其中的重要能源之一, 生产过程中产生的废气, 大多含有对自然环境和人类健康有极大危害的物质, 因此做好脱硫脱硝工作, 在电力生产过程中的重要性不容忽视。

废气排放中包含的二氧化硫以及氮氧化物等, 是酸雨以及光化学烟雾的重要组成成分, 空气中这些有害物质所占比例的升高, 会直接影响到空气质量和可见度, 将会对自然环境产生不可挽回的破坏, 因此大力研发脱硫脱硝技术, 是火电行业应特别重视的工作项目。

1 火电厂脱硫脱硝技术

1.1 同时脱硫脱硝技术

同时脱硫脱硝技术就是分别设立两套装置设备, 同时对废气中的二氧化硫和氮氧化物进行脱除;这种方法需要较大的空间和完善的脱除设备, 对操作空间和设备投入有一定要求;但是作为有效的脱硫脱硝技术, 依旧受到界内的广泛关注;就目前来看, 同时脱硫脱硝技术已经逐渐走向成熟, 并在实际生产过程中得到了大规模使用。

同时脱硫脱硝技术可以简单的分为, 燃烧过程中的脱硫脱硝技术和燃烧之后的脱硫脱硝技术, 结合火电厂自身发展特点来看, 后者的使用范围会更广泛;此外也可以分为干法和湿法两类, 十几年前的国际上干式同时脱硫脱销技术的研究占大多数, 但是随着科学技术的发展, 脱硫脱硝技术的研究方向大多转向湿式法, 在此我们重点对个别高效的湿式脱硫脱硝技术进行阐述。

首先是过氧化氢氧化吸收技术, 由于烟气中含有的氮氧化物大部分都是一氧化氮, 具有溶解率低的特点, 为了最大效率的完成脱销工作, 在系统设计中, 要将一氧化氮首先氧化成二氧化氮, 两者相比, 二氧化氮更容易被水或者是碱性溶液吸收, 在实际过程中常用的氧化剂有高锰酸钾、过氧化氢等等, 由于过氧化氢的低排放性, 收到广泛的关注。

其次是络合吸收脱硫脱硝技术, 这也是典型的湿式脱硫脱硝技术, 主要原理是, 通过添加络合吸收溶剂, 使其与烟气中难以溶解的一氧化氮进行反应, 以提高一氧化氮的溶解率, 就目前来看, 络合吸收溶剂主要有两大类, 分别是以含乙二胺四乙酸、安三乙酸为代表的亚铁络合物, 和以含基化合物如半胱氨酸为代表的亚铁络合物;其中由于乙二胺四乙酸自身吸收量大、吸收速率快等特点, 收到广泛关注。

最后是等离子体氨化氮氧化物耦合湿式氨法脱硫脱硝技术, 主要是利用等离子体将一氧化碳氧化成二氧化碳, 并提高湿法烟气脱硫系统的脱硫效率, 实现二氧化硫和氮氧化物的高效脱除, 目前, 等离子体氧化方式与碱液吸收相结合的脱除手段, 已经取得一定成果。

1.2 联合脱硫脱硝技术

联合脱硫脱硝技术是迄今为止火电行业应用最为广泛的技术, 由于传统的脱硫脱硝技术对烟气中二氧化硫的脱除效果明显, 再加上选择性催化还原技术即SCR能够有效脱除烟气中的氮氧化物, 因此两者结合共同作用、互不干涉, 可以是实现理想的脱除效果。一般情况下, 联合脱硫脱硝技术会利用高性能的石灰石、石膏烟气脱硫系统对二氧化硫进行转化, 并采用选择性催化还原技术对氮氧化物进行脱除。就目前来看, 德国、日本、瑞典等发达国家的联合脱硫脱硝技术已相对成熟。该项技术的主要优点在于不管烟气中二氧化硫和氮氧化物的浓度有多高, 脱除效率均可达到百分之九十左右, 脱硫脱硝效果十分理想;但是同样该技术也存在一些缺点和不足, 比如说该项技术在实际操作过程中, 可能会在设备表面结垢, 这会在一定程度上局限脱除效率, 也会对脱除设备产生腐蚀或者堵塞。

在此我们重点介绍一塔式液相氧化吸收脱硫脱硝技术, 它是建立在WFGD装置基础上的, 通过适当添加其他脱硫脱硝设备, 实现塔内脱硫脱硝, 在整体系统的运行过程中, 为了确保脱硫和脱销的独立工作, 将脱销液和脱硫液施行分离, 确保其安全稳定运行。其工作流程主要如下:经过除尘后的烟气由引风机进入脱硫脱硝塔中, 率先经过脱硫脱硝塔的脱硫阶段, 将烟气中含有的二氧化硫和残留的细尘与脱硫设备中化学物质进行充分的反应, 并通过氧化喷淋层后直接送入脱销段, 和由上到下的脱销化学液体进行反向交融, 达到去除氮氧化物的目的, 最后通过雾气脱水阶段, 消除雾气之后排入烟囱, 完成脱硫脱硝工作。在整体脱硫脱硝过程中产生的亚硫酸盐和其他物质将被放进塔底的循环罐中, 并根据实际需要进行处理。

这种处理技术的主要优点在于一塔式液相氧化吸收脱硫脱硝技术的投资相对于WFGD和SCR来说较小, 并能大约节省百分之三十的耗资, 而且整套工艺仅需在同一个塔内完成, 不仅占地面积小而且还有利于完成技术完善、改造工作;同时塔内脱硫脱销主要利用化学物质之间的相互反应, 脱硫脱硝效果明显;最后整个脱硫脱硝环节并无废水以及废渣的排放, 打消对环境产生二次污染的顾虑。

2 未来我国火电厂烟气脱硫脱硝技术的发展建议

我国是第三世界国家, 电力行业的脱硫脱硝技术与西方一些发达国家相比, 虽然有一定的差距, 但是这并不能否定我国在改革开放以来, 电力行业在减少排放上做出的巨大努力。

首先, 坚持“因地制宜”, 结合本地区的实际生产情况, 选择最适合的脱硫脱硝技术, 满足排放的最低要求。例如对于老电厂来讲, 在提高脱除效率工作中, 联合脱硫脱硝技术相对实用, 而对于新建的电厂来说, 要尽可能选择烟气同时脱硫脱硝技术。

其次, 要加大研发了力度, 对反应机理以及反应动力等专业知识进行更深层次的挖掘, 并致力于更高单效节能的技术研究。除此之外, 还要打破实验室的局限, 建立适当的中试装置以及示范化工程, 促使低消耗、高效率的脱硫脱硝技术实现工业化。

再者, 将催化法作为烟气中污染物吸收、转化的主要手段, 一方面可以产生副产品、降低能耗, 另一方面还可以实现催化剂的高效循环使用。

3 结语

电能作为一种重要的能量来源, 为人们的生活带来很多方便, 为了保护自然环境、保护我们赖以生存的家园, 积极响应国家保护环境的政策方针, 采取多种措施降低废气排放量, 减少空气中二氧化硫、氮氧化物的含量, 为动植物的生存创造一个良好的环境势在必行, 脱硫脱硝技术的投入使用, 不仅要考虑到操作的可行性、安全性, 还要考虑到技术的脱除效率以及成本控制等等, 各地区的火电厂要根据自身的实际情况, 选择最佳的脱除技术。

摘要：火电厂是电力生产的载体, 随着社会经济的快速发展, 对电力的要求越来越高, 更加凸显出火电厂在市场经济中的重要性;发电中会产生大量的废气排放, 二氧化硫、氮氧化物等对环境有莫大破坏的物质, 因此为了保护环境、保护人类赖以生存的家园, 火电厂大力研发脱硫脱硝技术并投入实际生产过程中, 是非常关键的环节。这篇文章重点介绍了两大类型的脱硫脱硝技术:同时脱硫脱硝技术以及联合脱硫脱硝技术, 并简单阐述了未来脱硫脱硝技术的发展趋势, 希望能够为广大同行提供一些启示。

关键词：火电厂,脱硫脱硝技术,发展建议

参考文献

[1]葛荣良.火电厂脱硝技术与应用以及脱硫脱硝一体化发展趋势[J].上海电力, 2007, (05) .

[2]杜黎明, 刘金荣.燃煤锅炉同时脱硫脱硝技术工艺性分析[J].中国电力, 2007, (02) .

脱硫脱销技术 篇3

就我国整体经济面貌而言, 自改革开放以来, 经济呈现了良好的持续性增长, 并且速度十分惊人, 经济总量等各方面的综合实力都已上升一个层次, 但高速的经济增长到来的代价, 就是日趋严峻的环境压力, 这也成为目前政府部门重点关注的领域。面对严峻的环保形势, 我国在九十年代初制定了第一部与火电企业有关的标准规范, 在此后的二十年间, 经历了两次重要的修改, 排放标准逐步趋近严格, 形成了当今的《火电厂污染物排放标准》。在电力企业排放物中, 硫化物的防止最为严苛, 因此各新兴的发电厂都对脱硫技术做了严格的控制, 同时对于氮化物的排放问题也相当重视。此后颁布的一系列规范中, 明确规定了第三时段火力发电锅炉须预留烟气脱除氮氧化物装置空间, 不仅如此, 《火电厂大气污染物排放标准》 (GB 13223-2011) NOX重点地区限值小于100 mg/m3, 此限制值也会已经是当前低氮燃烧技术所能达到的极限, 若想进一步得到提升, 必须就系统进行改造, 安装烟气脱硝系统。基于以上原因, 加上国家环保规定的日趋严格, 各热电公司开始实施烟气脱硝工程, 给电力企业获得政府及社会认同打下了良好的基础, 也为中国的环保事业做出了表率作用。

1 脱硝技术比较与选择

经过几年的发展与研究, 目前运用比较广泛、体系比较成熟的烟气脱硝技术主要集中在SCR和SNCR两种工艺上。从原理上讲, SCR和SNCR这两种在化学反应上几乎没有据别, 都是通过在烟气中喷入还原剂、尿素或者氮, 在合适的温度情况下, 与烟气中的氮化物发生还原反应, 最后将氮化物转化成氮气和水蒸气。不同的条件就在于温度, 通常情况下, SNCR是在八百到一千二百度的高温情况下有选择的进行还原反应, 而SCR不同, 是在三百到四百度的区域范围内, 低温加上催化剂作用, 完成选择性还原反应。基本的反应公式为:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。和不采用催化剂进行反应的SNCR工艺相比较, SCR在催化剂的帮助下具有两个方面的优势, 一方面是对脱硝率的影响, 有了催化剂的帮助可以将其提升到最高, 另一方面就是对选择性还原反应的环境进行了改良, 使得其在温度较低的区域也能完成反应。但有利必有弊, 这两方面的巨大优势也使得在成本投入和运行费用方面, SCR也全面的超越了SNCR。经过探索和研究发现, 如果想达到全面应用氮氧化物低燃烧的技术, SCR和SNCR这两种技术共同作用, 完成脱销, 能够在初投资费用相当的情况下, 显著的减少运行费用, 有效的做到成本控制。就目前年代相对久远的老机组而言, 这种方式是在经济和适用性两方面都比较合适的选择, 因此这种脱销方法也逐渐流行起来。实践证明, 确实行之有效。

以下是脱销技术一般性比较与两项新技术的综合比较, 可以一目了然的看出各自具有的优缺点:

2 脱销改造的实行

脱销改造是多工序, 多方面的改造过程, 需要在许多领域做出努力, 才能从根本上实现脱销改造。

2.1 燃烧器的改造

目前国内的煤炭普遍具备易于燃烧的特性, 为了能够再次基础上同时兼顾氮氧化物的排放量控制以及飞灰可燃物含量的控制, 急需对燃烧器进行适当的改造。多数燃烧器在改进之后采取了燃料二次燃烧的技术, 使得燃烧器具备了四个方面的特点。首先, 每个角都装有数个二次风的喷口, 3层一次风喷口, 2层乏风喷口。顺序自下而上排序为二次风、一次风、二次风、一次风、乏气风、乏气风、一次风、下层OFA及上层OFA。第二, 3层一次风的喷口技术采用了可调撞击式水平浓淡直流燃烧器, 使得下层的燃烧器喷口带有稳定燃烧钝体。第三点, 每个一层乏气喷口都对应了一台钢球磨煤机, 磨煤机停运时, 开启冷却风。第四点, 就是将燃烧系统分为三个高度区域, 每层高度都有未经充分燃烧的煤粉进行复燃, 最后使得未完全燃烧产物在1.15的过剩空气系数下完成充分燃烧。经过测试, 锅炉无论在氮氧化物还是锅炉额定负荷下的效率都要比改造前有显著的提升。

2.2 SNCR脱销的改造

SNCR技术的改造是基于燃烧器改造之上的新工艺。从系统结构上来看, SNCR主要包含了尿素溶液配制、在线稀释、喷洒和监控四个基本的部分。这些部分分别承担起了储存、溶液配制和储存、稀释适合氮氧化物排放量的浓度、喷射层的尿素溶液分配、物化喷洒与计量以及监控整个过程中线氨与氮氧化物的分析情况。尿素溶液喷射器喷嘴选用双流体物化墙, 所有的墙式喷射器配有推进与缩回机构, 每层喷射器可单独控制。每层喷射器母管均配有一个供液压力监测表和溶液流量计量表。

2.3 SCR的改造

基于SNCR之上, 有衍生出了SCR的改造工艺。受到锅炉尾部烟道的限制, 想在尾部通过加装旁路烟道的方法来设置氨区很难实现, SCR技术就是对高温段的省煤器进行调整和换代, 将光管换成了H式省煤器, 在省煤器换热量不变的前提之下缩小了体积, 为催化剂的安装节省了体积。

3 脱销技术的效果评价

从排放的效果方面, 通过一组锅炉机组的改造数据就能客观的反映出改造的成果, 如下表:

从成本的角度出发, 本组锅炉在尿素使用量方面约为每小时150公斤。锅炉负荷低于80%时, 尿素用量将降低至每时80公斤左右。按全年满负荷工况运行时间3600小时, 80%以下负荷运行时间4000小时计算, 全年单台炉尿素耗量约860吨。按尿素单价2500元计算, 全年尿素消耗成本约215万。水电的成本费用大概每年20万元左右。总计235万的运行成本, 比为改造前有所上升, 但就改造效果而言, 完全在可以接受的范围之内。

4 结语

环保形势的日益严峻必将使得锅炉脱销改造技术成为一种必然趋势, 在这种大环境下, 如何选择合理的改造手段已经成为了当下亟待解决的关键性问题, 随着SNCR、SCR以及新型燃烧器等各种脱销技术的成熟, 相信不仅能在效果上取得前所未有的突破, 在节约改造费用上也将取得良好的进展。只有将实际的实用性和经济性并重, 共同向前发展, 才能推动燃煤锅炉在火电企业中的地位, 使之向着正确、良好的方向发展。

参考文献

[1]热电分公司.锅炉SCR脱销改造可行性研究报告[S].2007.

水泥行业脱销技术分析 篇4

关键词：NOx,低氮燃烧器,分级燃烧,SNCR,SCR

前言

近年来, 我国各地日渐严峻的雾霾天气已经成为人们关注的焦点, 大气环境问题已经与普通民众的日常生活息息相关。根据资料显示, 在2012年, 全国水泥行业年排放NOx约200万吨, 占全国工业排放总量的10%左右, 是继火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户。进入“十二五”后, 环保形势的变化对水泥工业的大气污染防治、特别是NOx总量减排提出了更高要求。《国家环境保护“十二五”规划》 (国发[2011]42号) 、《节能减排“十二五”规划》 (国发[2012]40号) 等文件明确规定2015年水泥行业NOx排放量控制在150万吨, 对新型干法窑降氮脱硝, 新、改、扩建水泥生产线综合脱硝效率不低于60%, 在大气污染防治重点地区, 对水泥行业实施更加严格的特别排放限值。为达到规划排放目标, 国家环境保护部在2013年底, 发布了修订的《水泥工业大气污染物排放标准》 (GB4915-2013) , 将NOx排放限值由现行的800 mg/m3降低到400 mg/m3 (重点地区为320 mg/m3) , 现有企业也给出了明确的排放达标日期。对此, 本文对现阶段水泥行业可采取的脱硝技术及效率影响因素进行了分析、归纳。

一、NOx的生成原理

水泥熟料生产中排放的NOx, 主要是煤粉燃烧过程中产生的NO、NO2和、N2O, 其中NO比例在95%以上, NO2和N2O的比例小于5%, 因此研究NO的生成是控制NOx的主要方面。从NO的生成机理来看, NOx产生分为燃料型、热力型、瞬态型三种, 其中燃料型和热力型是水泥窑废气中NOx的主要来源, 瞬态型NOx的生成量较小, 可以忽略。

燃料型NOx是燃煤中含有的氮化物在燃烧中氧化而成。其生成量与氮在煤热分解后挥发份、焦炭中的比例及反应条件如燃烧温度、氧浓度、反应时间等有关, 燃料中氮的化学结合能力较低, 在600~800℃温度区域即可形成NO, 氧气量越大, 反应时间越长, 生成的NO就越多。燃料型NOx在水泥窑氮氧化物排放中含量最高, 在75%左右。

热力型NOx是燃烧空气中的N2在高温氧化产生, 当温度在1500℃以上时, 才会明显反应生成NO, 据有关实验数据表明, 此时温度每升高100℃, 反应速度就增大6~7倍, 因此温度对热力型NOx的生成有决定性的影响。

不同的水泥窑型, 燃料燃烧状况不同, NOx的排放量也有所区别。新型干法水泥采用窑外分解技术, 把50~60%的燃料从窑内高温带转移到温度较低的分解炉内燃烧, 炉内温度一般在800~1000℃范围内, 是燃料型NOx的主要生成位置。回转窑内的熟料煅烧温度在1400℃以上, 火焰温度在1800~2200℃之间, 是热力型NOx的主要生成位置。

二、NOx控制技术及应用分析

对水泥窑NOx的治理方法, 可根据其产生途径和生成的烟气特点来制定, 目前可采用的技术主要有窑头低氮燃烧器、分级燃烧技术、选择性非催化还原 (SNCR) 技术和选择性催化还原 (SCR) 技术。

1、窑头低氮燃烧器

回转窑中的热力型NOx主要是由窑头燃烧器产生, 窑头采用低NOx燃烧器, 通过提高一次风喷出速度, 提高一次风喷出动量, 降低一次风用量, 提高卷吸高温二次风的能力, 从而降低过量空气系数和氧气浓度, 使煤粉在低氧条件下燃烧, 达到降低热力型NOx的生成量的目的。低氮燃烧器端面结构见图1, 其脱硝效率在5~15%, NOx的排放可控制在700 mg/m3左右。

2、分级燃烧技术

分级燃烧技术是将燃煤的燃烧过程分成两个阶段进行, 在第一阶段减少煤粉燃烧区域的空气量, 使煤粉在缺氧条件下燃烧 (过剩空气系数在0.8左右) 形成富燃区, 燃烧生成的CO、氮化合物中间产物 (如CN、HCN等) 和NO进行还原反应, 抑制燃料型NOx的生成量, 同时也中和了部分回转窑生成的热力型NOx。第二阶段煤粉在富氧条件下燃烧, 此时燃烧温度相对已降低, 虽然有部分氮化合物会被氧化成NO, 但总的NOx的生产量是减少的。分级燃烧技术的脱硝效率在20~30%, NOx的排放可控制在600 mg/m3左右。

分级燃烧技术可分为空气分级燃烧和燃料分级燃烧两种形式。空气分级燃烧是将三次风分两级送入分解炉, 从三次风管分出一根管道进入分解炉主体上部, 使分解炉下部实现还原气氛, 其流程示意见图2;燃料分级燃烧是将分解炉用煤粉分两级送入分解炉, 在窑尾烟室和分解炉之间形成还原气氛, 其流程示意见图3;两者仅是产生还原气氛的方式不同, 脱销效果区别不大, 但燃料分级燃烧的投资较空气分级燃烧要小。

3、选择性非催化还原 (SNCR) 技术

选择性非催化还原 (Selective Non-Catalytic Reduction, 以下简写为SNCR) 技术是燃烧后的末端治理的一种方式, 将尿素或氨水等氨基物质喷入分解炉, 在一定的条件下与烟气混合, 在不使用催化剂的情况下将NOx还原成为无毒的氮气和水。

以尿素为还原剂的SNCR主要化学反应:

以氨水为还原剂的SNCR主要化学反应:

当向燃烧烟气中喷氨而不采用催化剂的条件下, 对于喷入点的烟气温度非常敏感, 反应只能在850-1100℃进行, 也就是“温度窗口”。SNCR反应的关键因素有:反应温度、氨氮 (NH3/NO) 摩尔比、NOx初始浓度、烟气中O2浓度、停留时间等因素。SNCR的脱硝效率在40~70%, NOx的排放可控制在300 mg/m3以内。

在脱硝还原剂的选择上, 氨水属于危险化学品, 受到相关部门的监管, 从运输、储存到使用有较多严格的限制, 使用中需采取相应的安全防护措施。尿素与氨水相比, 占用场地大, 投资较高, 工艺流程较复杂, 反应时会产生N2O, 其温室效应是CO2的250倍。因此, 目前普遍选用氨水作为SNCR还原剂, 其流程示意见图4。

4、选择性催化还原 (SCR) 技术

选择性催化还原法 (Selective Catalytic Reduction, 以下简写为SCR) 是在催化剂 (主要成分为Ti O2、V2O5) 的作用下, 利用还原剂 (尿素或氨水) 来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。此反应的“温度窗口”在300~400℃, 可在预热器出口的废气管道上安装SCR反应器, 在反应器前加入还原剂进行脱氮。据国外应用数据显示, SCR的脱硝效率高达80~90%, NOx的排放可控制在200 mg/m3以内。

5、以上四种NOx控制技术应用比较, 详见表1

从表1各技术比较中可以看出, 单一的采用SNCR或SCR技术就能达到国家最新的环保排放要求。但NOx减排工作对于水泥企业而言只有投入没有产出, 只有结合每种控制技术的优缺点, 加以综合利用, 才是对水泥企业有利的选择。

综合以上分析, 建议水泥企业的NOx减排工作首先选用SNCR和分级燃烧相结合的脱氮技术。在煅烧工况稳定的情况下, 充分发挥级燃烧脱氮效率, 降低生产成本;在工况异常时, 提高SNCR脱销效率, 保证NOx排放达标。据报道, 国内水泥龙头企业冀东水泥对旗下50多条水泥窑的NOx减排治理中已普遍实施了SNCR和分级燃烧相结合的脱氮技术, 各水泥窑的综合脱硝率均达到60%以上, 每年可减少氮氧化物排放3万多吨, 并且NOx排放量大大低于《水泥工业大气污染物排放标准》 (GB4915-2013) 的限值要求。

结束语

大气污染的治理是一项长期性的工作, 在减少企业对环境影响的同时, 又能降低企业的生产成本, 才会实现环境保护和企业发展的双赢。因此, 在水泥行业NOx减排方面, 有以下几点建议:

1、源头控制:在生产运行中, 优化回转窑系统的热工制度, 在保证熟料质量的前提下, 降低NOx形成条件, 比如减少系统通风量, 降低空气过剩系数;优化配料方案, 降低煤耗等。

2、积极开发、推广对燃料适应性更强的低氮燃烧器, 在使用传统煤粉的同时, 使替代燃料 (如废轮胎、秸秆、城市垃圾等) 更大比例的应用到水泥生产中来。

3、激励企业积极进行减排技术创新和改造, 提升行业的技术实力。

参考文献

[1]顾军何光明.欧洲水泥窑NO_X减排考察报告[J].中国水泥, 2012年02期。